虛擬制造與現(xiàn)代模具技術(shù)

1、 虛擬制造(VM是一種新的制造技術(shù),它以仿真技術(shù)、信息技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支撐,對產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造等生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)一建模,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段,實(shí)時、并行地模擬出產(chǎn)品未來制造全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響,使得在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前,就能使人體會或感受到未來產(chǎn)品的性能或者制造系統(tǒng)的狀態(tài),從而更有效、更經(jīng)濟(jì)、更柔性靈活地組織生產(chǎn),使工廠和車間的資源得到合理配置,并使新產(chǎn)品一次性開發(fā)成功,以達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本的最小化,產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化和生產(chǎn)效率的最高化,以此可以作出前瞻性的決策來優(yōu)化實(shí)施方案1。虛擬制造的主要特點(diǎn)有:虛擬制造不是真實(shí)的制造,而是在計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和相關(guān)軟件系

2、統(tǒng)中進(jìn)行的制造,其使用的制造工具不是機(jī)床等物質(zhì)設(shè)備,而是計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和相關(guān)軟件系統(tǒng);虛擬制造所處理的對象是有關(guān)產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù),主要是產(chǎn)品和過程建模以及制造設(shè)備的數(shù)字化模型,而不是原材料等真實(shí)物質(zhì);虛擬制造的處理結(jié)果是全數(shù)字化產(chǎn)品,而不是真實(shí)的物質(zhì)產(chǎn)品,但是它是現(xiàn)實(shí)物質(zhì)產(chǎn)品的一個數(shù)字化模型,即是一個虛擬產(chǎn)品,是現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品在虛擬環(huán)境下的影射,并具有現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品所必須具有的特征和性能;企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動是基于Internet/Intranet 的,整個虛擬制造活動具有高度的并行性,產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工過程和裝配過程的仿真可以并行完成;虛擬制造可以是分布式的,完成虛擬制的人員和設(shè)備在空間上是能夠相互

3、分離的,不同點(diǎn)的技術(shù)人員可以通過網(wǎng)絡(luò)來協(xié)同完成同一個虛擬制造過程2。1虛擬產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)一般借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行的模具設(shè)計(jì)不能有效、合理地把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具制造等結(jié)合起來考慮,在實(shí)際制造過程中造成返工修改的次數(shù)多、裝配性不好,在交付使用過程中則發(fā)現(xiàn)滿足不了用戶的要求,而且設(shè)計(jì)出來的模具生產(chǎn)靈活性差。虛擬制造技術(shù)的虛擬設(shè)計(jì)過程能夠克服上述缺點(diǎn),因?yàn)樘摂M設(shè)計(jì)能充分利用現(xiàn)有的CAD 軟件,基于特征設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)平臺,較好地體現(xiàn)面向制造設(shè)計(jì)、面向裝配設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想。在虛擬設(shè)計(jì)的過程中,可以充分利用虛擬制造、虛擬裝配技術(shù)等收稿日期:2006-07-03作者簡介:李和平(1963-,男,江西南昌人,副教授,

4、研究方向?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)與制造;電話:0796-*;E-mail :liheping630805虛擬制造與現(xiàn)代模具技術(shù)李和平(井岡山學(xué)院機(jī)械系,江西吉安343009摘要:闡述了虛擬制造的基本概念及其在虛擬產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)、制造、裝配及調(diào)試中的應(yīng)用。探討了模具虛擬技術(shù)的發(fā)展前景。把虛擬制造技術(shù)應(yīng)用在模具工業(yè)中,可以減少開發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本。因此,它是模具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的重要輔助手段。關(guān)鍵詞:虛擬制造;模具設(shè)計(jì);模具制造中圖分類號:TG241;TG315.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-3814(200701-0062-03Virtual Manufaturing and Mod

5、ern Die TechnologyLI He-ping(Mechanical Department,Jinggangshan College,Ji'an 343009,ChinaAbstract :The concept of virtual manufacturing,its application to virtual workpiece design,die design,die assembly and its future development are introduced.By using the technology of virtual manufacturing,

6、the developing cycle and cost can be decreased,the productivity and product quality can be improved.So it is an important method to aid die design and manufacture.Key words :virtual manufacturing;die design;die manufacture 初步的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行虛擬裝配,并及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的問題。在三維CAD基礎(chǔ)上的虛擬設(shè)計(jì)是未來模具設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。根據(jù)對產(chǎn)品的三維描述,能快速確定模具型芯、型腔及

7、凸模、凹模等主要工作零件。再從模架庫中選模架,其他輔助的零件有些也可很快地從標(biāo)準(zhǔn)庫中生成,從而大大縮短了虛擬設(shè)計(jì)的時間。它可以提供完整三維的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù),以適用于不同應(yīng)用的要求,并根據(jù)需要將三維數(shù)據(jù)生成工程圖紙,三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)可以輸出快速成型設(shè)備制作樣品。2虛擬模具制造虛擬模具制造充分利用計(jì)算機(jī)仿真等虛擬制造技術(shù),既對模具進(jìn)行虛擬制造,也從制造的角度考察設(shè)計(jì);既為設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供依據(jù),也為優(yōu)化制造過程提供分析和輔助工具。在虛擬模具制造過程中,模具的各個零部件的加工方法,機(jī)床、工藝參數(shù)的選用,以及加工過程中可能出現(xiàn)的加工缺陷等在虛擬制造過程中進(jìn)行,得到的和傳遞的是數(shù)據(jù)信息。銑削仿真加工是目前應(yīng)用最廣

8、泛的加工方法之一。虛擬銑削加工將對銑削加工能夠完成的各種工作,如面銑削、外形銑削、挖槽、鉆孔、曲面銑削等加工形式中幾何及物理因素的變化情況進(jìn)行模擬與預(yù)測。銑削是模具制造中最為常用的一種加工方法,針對具有代表性的數(shù)控銑床,利用虛擬制造的優(yōu)勢,通過計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)造一個虛擬的數(shù)控銑削加工環(huán)境,集成了銑削加工從設(shè)計(jì)到制造的全部功能。模擬過程中可觀測整個刀具路徑,及時發(fā)現(xiàn)加工中存在的問題,并加以修正,最后向數(shù)控銑床輸出NC代碼。3虛擬模具裝配模具的零件設(shè)計(jì)再好,加工精度再高,如果難以裝配,也難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的開發(fā)。模具的裝配性是設(shè)計(jì)人員常易出現(xiàn)錯誤的地方,以往要到最后裝配時才能發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致模具零件的報(bào)廢和工期的

9、延誤,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和信譽(yù)損失。采用虛擬制造技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行驗(yàn)證,確保設(shè)計(jì)的正確性,避免損失。模具的虛擬裝配主要包括裝配過程的仿真、公差分析、裝配工藝規(guī)劃、動態(tài)地仿真實(shí)際零件的裝配過程,并可進(jìn)行大裝配漫游,從而發(fā)現(xiàn)干涉問題。在模具裝配中,通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以直觀地進(jìn)行設(shè)計(jì),避免可能出現(xiàn)的干涉和其他不合理問題。產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須解決運(yùn)動構(gòu)件工作時的運(yùn)動協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動范圍設(shè)計(jì)、可能的運(yùn)動干涉檢查、產(chǎn)品動力學(xué)性能、強(qiáng)度、剛度等。例如,生產(chǎn)線上各個環(huán)節(jié)的動作協(xié)調(diào)和配合是比較復(fù)雜的,采用仿真技術(shù),可以直觀地進(jìn)行配置和設(shè)計(jì),保證工作的協(xié)調(diào)。4虛擬模具調(diào)試模具的調(diào)試主要是指虛擬模具的動作過程,對不合理

10、的地方及時反饋信息進(jìn)行調(diào)整。試模是模具出廠前必須經(jīng)歷的一個階段。虛擬試模是虛擬制造模具生產(chǎn)的產(chǎn)品,對于虛擬生產(chǎn)出的產(chǎn)品是否滿足顧客需求予以檢驗(yàn),以確定模具能否投入正常生產(chǎn)。例如對塑料注射模具,通過虛擬注射過程檢驗(yàn)生產(chǎn)出的制件是否有缺陷,澆口、澆道是否設(shè)計(jì)合理,型腔能否正常填滿3,4。5模具CAD/CAE/CAM在虛擬制造技術(shù)中的應(yīng)用隨著CAD/CAE/CAM技術(shù)在模具工業(yè)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展,特別是模具成形過程計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的日趨成熟,國內(nèi)模具加工制造已經(jīng)開始由主要依賴經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)的盲目性走向依靠科學(xué)分析的自主性。現(xiàn)在,虛擬制造技術(shù)的原理和方法為模具工業(yè)的發(fā)展又提供了一個有效的手段和工具,它使模

11、具行業(yè)具有了快速反應(yīng)性、持續(xù)變化適應(yīng)性、高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的可選擇性和低的費(fèi)用優(yōu)勢,通過動態(tài)地組合各個技術(shù)實(shí)體優(yōu)勢,利用CAD/CAE/CAM集成技術(shù)來對整體項(xiàng)目提供有力的決策和技術(shù)支持,以實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化,最終贏得市場。虛擬制造技術(shù)實(shí)際是CAD/CAE/CAM技術(shù)的集成和延伸,因此,模具工業(yè)今后推廣應(yīng)用虛擬制造技術(shù),必須首先對當(dāng)前正在應(yīng)用的各種先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)和方法進(jìn)行全面、深入的消化吸收和推廣應(yīng)用。目前,由于各種二維和三維CAD 軟件(例如AutoCAD、UG、CATIA、Pro/E、MDT、Solid Edge等技術(shù)發(fā)展很快,功能強(qiáng)大且價(jià)格易于被國內(nèi)廠家接受,所以CAD技術(shù)在模具企業(yè)中的應(yīng)用已比較

12、廣泛。CAD技術(shù)對模具的尺寸計(jì)算、幾何造型,尤其是復(fù)雜零件的幾何造型,已成為必不可少的工具;CAM技術(shù)在模具制造,尤其是在 (上接第61頁變中成為貝氏體的核心,細(xì)化貝氏體鐵素體條束和束間富碳?xì)堄鄪W氏體組織,加速貝氏體反應(yīng)速度15。這是分級淬火優(yōu)于傳統(tǒng)的鹽浴等溫淬火的根本緣由。3結(jié)束語隨著奧貝球鐵應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬、產(chǎn)量增加,將促使其生產(chǎn)工藝得到不斷改進(jìn)和創(chuàng)新,從而使我國的ADI生產(chǎn)技術(shù)水平提高到新的臺階。目前ADI在全世界的發(fā)展應(yīng)用相當(dāng)迅速,全世界的年產(chǎn)量已經(jīng)超過了30萬噸。隨著奧貝球鐵在工業(yè)生產(chǎn)上的成功應(yīng)用,正逐步形成可以直接指導(dǎo)生產(chǎn)的更加完善的理論體系,必將促進(jìn)其更迅速的發(fā)展。參考文獻(xiàn):1

13、潘安霞.等溫淬火球鐵性能及其應(yīng)用J.淮陰工學(xué)院學(xué)報(bào),2004,(10:10-12.2張忠仇,李克銳,吳建基.我國等溫淬火球鐵的現(xiàn)狀及前景J.鑄造,2004,(2:87-92.3葉學(xué)賢.等溫淬火球墨鑄鐵的發(fā)展及應(yīng)用第三屆全國等溫淬火球墨鑄鐵(ADI技術(shù)研討會論文集C.無錫:現(xiàn)代鑄鐵雜志社,2002.9-13.4向綱玉,余靖,龔文邦.奧貝球鐵的研究發(fā)展與應(yīng)用J.機(jī)械工人(熱加工,2000,(4:3-5.5李可青,楊迎東,張喜,等.等溫淬火球鐵及其在國內(nèi)開發(fā)應(yīng)用前景展望J.熱加工工藝,2004,(11:61-66.6劉金城.關(guān)于奧貝球鐵及其微觀組織術(shù)語的探討J.現(xiàn)代鑄鐵,2002,(1:9-12.7

14、Kovacs B V.On the terminology and structure of ADIJ.AFSTransactions,1994,417-420.8Bayati H.Relationship between structure and mechanicalproperties in high manganese alloyed ductile ironJ.Material Science and Technology,1995,11,(3:284-293.9李子全,許廣濟(jì),郝遠(yuǎn),等.鑄態(tài)奧氏體貝氏體球鐵的初步實(shí)驗(yàn)研究J.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1993,(9:20-25.10張明,梁

15、文心.利用余熱在介質(zhì)中連續(xù)冷卻獲奧-貝型球鐵J.鑄造設(shè)備研究,1999,(1:8-13.11舒信福,廖丕博,丁恒敏,等.準(zhǔn)鑄態(tài)工藝對貝氏體鑄鐵組織和性能的影響J.鑄造,1999,(1:15-19.12周世權(quán).分級等溫淬火球墨鑄鐵的組織與性能J.熱加工工藝,1993,(5:17-19.13劉云旭.鋼的等溫?zé)崽幚鞰.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1973.14Susil K.putatunda and Janghuai Yang.A novel processing ofaustempered ductile cast iron(ADIJ.Materials Science, 2003,426-432:9

16、13-918.15徐楊,周世康. 分級淬火奧貝球鐵的組織與性能 J.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997,(2:77-81.精密模具制造中發(fā)揮了巨大效力,模具型腔的幾何數(shù)據(jù)可直接轉(zhuǎn)化為刀具運(yùn)動軌跡,進(jìn)而生成數(shù)控(NC代碼;而CAE技術(shù)(主要是模具充型和凝固過程模擬的技術(shù)在國內(nèi)企業(yè)的應(yīng)用還較少,仍處于理論研究和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用階段,與國外的應(yīng)用程度相比差距較大。這一方面是因?yàn)閲獾哪＞叱湫秃湍M商業(yè)軟件價(jià)格十分昂貴,另一方面是由于國內(nèi)還沒有一個適合我國國情的、功能與國外軟件相當(dāng)?shù)?、?shí)用的模具充型和凝固過程模擬軟件,所以,這項(xiàng)工作是目前我國模具工業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。同時,也必須抓緊產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM等軟件的開發(fā)和應(yīng)

17、用,加快CAD/CAE/CAM一體化技術(shù),即共享統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。在CAD階段建立的幾何模型,可供CAE/CAM階段使用,在CAD/CAE/CAM任一階段修改模具數(shù)據(jù),則所有與該對象相關(guān)數(shù)據(jù)自動更新,這些都將有助于實(shí)現(xiàn)模具生產(chǎn)過程的敏捷化和經(jīng)濟(jì)化以及管理和生產(chǎn)控制的高效化和智能化5,6。6結(jié)束語虛擬制造技術(shù)以其對整個產(chǎn)品生命周期全面準(zhǔn)確的仿真和控制能力將成為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢。虛擬制造技術(shù)應(yīng)用在模具工業(yè)中,可以減少開發(fā)周期、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本?？梢灶A(yù)見,隨著我國綜合國力的提高和模具設(shè)計(jì)與制造工作者的不懈努力,虛擬制造必將在我國模具工業(yè)逐步得到實(shí)施和應(yīng)用,從而在整體上提高我國模具設(shè)計(jì)、制造和管理的水平。虛擬制造技術(shù)及其支撐技術(shù)的發(fā)展,必將使得整個制造業(yè)出現(xiàn)第二次生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。參考文獻(xiàn):1邵力,鐘廷修.虛擬制造及其應(yīng)用J.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999,33(